Сидней 2000: первые «зеленые» игры

L. Stefanutti

 

О лимпийские игры в Сиднее будут помнить как первые в истории «экологические» игры. Широкое применение возобновляемых источников, например, солнечной энергии, проектирование инфраструктуры и инженерных систем под знаком защиты окружающей среды, безусловно, вполне оправдывают такое определение, хотя не обошлось и без споров по поводу, например, неприменения естественных хладагентов в системах кондиционирования и охлаждения.

В недавнем прошлом города, где проходили Олимпийские игры, сталкивались с проблемой воздействия на окружающую среду спортивной инфраструктуры и их инженерных систем. В Лиллехаммере (Норвегия) в 1994 году все холодильные машины и кондиционеры в качестве хладагента использовали аммиак. На Олимпиаде в Атланте в 1996 году в Олимпийском бассейне была реализована фотоэлектрическая система.

Настоящей новинкой на играх в Сиднее стало принятие экологических директив, на основании которых выполнялось проектирование всех объектов спортивной инфраструктуры.

Такое решение явилось одним из основных факторов, сыгравших решающую роль в победе кандидатуры города на выборах места проведения Игр: ведь МОК (Международный Олимпийский Комитет) рассматривает окружающую среду как третий основополагающий элемент олимпийского духа наряду со спортом и культурой.

Что же касается инженерных систем, экологические директивы устанавливают для них три задачи: применение энергосберегающих технологий и возобновляемых источников, сохранение водных ресурсов, использование хладагентов, не наносящих вреда окружающей среде.

Давайте посмотрим, каким образом и были ли они реализованы на различных олимпийских объектах.

Рисунок 1. Олимпийский стадион – Стадион Австралия

Олимпийская деревня

Проанализировав ряд различных предложений, в декабре 1996 года организаторы приняли решение использовать в Олимпийской деревне энергосберегающие технологии и возобновляемые источники энергии, позволяющие уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа. И в экологических директивах, и в условиях тендеров на строительные подряды в Олимпийской деревне в значительной степени приветствовались проекты, разработанные на основе использования солнечной энергии.

Деревня для спортсменов включает в себя 650 зданий и сооружений и считается ныне самым крупным в мире городским кварталом, живущим за счет солнечной энергии.

Кроме того, сооружения Олимпийской деревни проектировались с учетом энергосберегающих технологий. В основе проектов зданий лежит принцип пассивного использования солнечной энергии. Они сориентированы таким образом, чтобы ловить солнечные лучи не только для применения в целях энергообеспечения, но и максимально широкого использования естественного освещения помещений. Устройство фонарей в перекрытиях и световых колодцев в коридорах позволило во многих случаях не прибегать к искусственному освещению. Помимо этого применялись и другие энергосберегающие технологии, такие как солнечные экраны, системы естественной вентиляции и высокопроизводительное электрооборудование. В результате 50% потребностей в электроэнергии удовлетворялось исключительно за счет энергии солнца.

Каждое здание здесь оборудовано фотоэлектрической системой, состоящей из 8 квадратных метров солнечных панелей из монокристаллического кремния, встроенных в перекрытия.

В общей сложности солнечная система энергоснабжения Олимпийской деревни в состоянии произвести миллион кВт электроэнергии в год. Гарантия на оборудование составляет 10 лет на солнечные батареи и 3 года на саму систему. Предусмотренный срок службы самих панелей превышает 20 лет. Произведенная электроэнергия поступает непосредственно в электрическую сеть каждого дома, а все излишки передаются в городскую электрическую сеть. Здания расположены в новом городском квартале, после окончания Олимпийских игр они были выставлены на продажу. Будущие владельцы смогут также получать электроэнергию из сети по контрактам Green Power (англ. – зеленая энергия), то есть «экологически чистую» энергию, полученную за счет возобновляемых источников (солнца, энергии ветра, гидроэлектроэнергии, биомассы).

Солнечная энергия используется не только для производства электроэнергии, но и для нагрева санитарной воды посредством «солнечных» бойлеров, которые в периоды слабой солнечности переводятся на газ. В Олимпийской деревне солнечная энергия применяется также для питания современной системы наружного освещения и, кроме того, во всех системах электропитания пропускных сооружений установок мониторинга окружающей среды.

Что такое фотоэлектрическая панель?

Суть фотоэлектрического эффекта состоит в прямом преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию постоянного тока низкого напряжения с помощью полупроводниковых элементов на основе кремния. Несмотря на то что фотоэлектрический эффект известен уже около 150 лет, лишь в 1960-х годах были разработаны первые солнечные батареи в промышленном масштабе. В настоящее время они выполняются из полупроводников на основе кремния, прошедших соответствующую обработку, и имеют КПД на уровне 12–15%.

Существует три основных вида солнечных батарей, различающиеся структурной формой применяемого кремния, зависящей от технологии его получения: монокристаллический, поликристаллический или аморфный кремний.

Наиболее часто применяется монокристаллический кремний. Однако в последние годы увеличивается применение поликристаллического кремния, который при несколько меньшем КПД имеет существенно меньшую стоимость, чем монокристаллический. Аморфный кремний имеет еще более низкий КПД (8–10%), но стоит еще меньше и может выпускаться в виде лент на гибких подложках и укладываться практически на любые поверхности.

Отдельные фотоэлементы соединяют в фотоэлектрические панели, которые ламинируются между стеклянной и пластмассовой пластинами посредством горячего проката полимерных материалов. Таким образом образуется единая ламинированная панель, состоящая из фотоэлементов, закатанных в пластмассу. Удельная мощность фотоэлектрической панели составляет, как правило, от 70 до 120 Вт/м² ее поверхности. Использование инверторов позволяет трансформировать постоянный ток в переменный для обслуживания традиционных потребителей переменного тока. Другие объекты инфраструктурыВозобновляемые источники и энергосберегающие системы были использованы также на таких важных объектах инфраструктуры, как Олимпийский стадион, Олимпийский бульвар, Супер Арена,  отели, Парк Милленниум, Олимпийский велодром.

Для Олимпийского стадиона, называемого также Стадион Австралия, была разработана система естественной вентиляции, организованная по принципу избыточности объемов шахт, обеспечивающих приток свежего воздуха и вытяжку нагретого воздуха. Кроме того, стадион оснащен системой когенерации (комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) на основе двух газовых двигателей мощностью 50 кВт каждый. Как и в Олимпийской деревне, излишки произведенной электроэнергии могут передаваться в городскую сеть.

Солнечная энергия используется для ночного освещения Олимпийского бульвара, ведущего на Олимпийский стадион (рис. 1), где установлены 19 осветительных башен, питающихся от солнечных батарей и также подключенных к основной сети (рис. 4).

Супер Арена – крытый стадион на 20 тысяч мест для соревнований по баскетболу, теннису и другим видам спорта – оснащен солнечной энергосистемой, состоящей из 1 176 фотоэлектрических солнечных панелей, выполненных на лентах из оцинкованной стали с фотоэлектрическими элементами на основе аморфного кремния, покрытыми полимерным материалом. Панели уложены поверх плоского металлического перекрытия и в общей сложности могут покрывать до 10% потребности в энергоснабжении объекта.

Олимпийские гостиницы сети «Ибис» и «Новотель» (Ibis, Novotel) оборудованы наиболее мощной системой приготовления горячей санитарной воды, существующей в Австралии. В системе предусмотрены 400 квадратных метров плоских солнечных коллекторов, уложенных поверх перекрытий, которые в совокупности обеспечивают 60% потребности в горячей воде.

Для Парка Милленниум была построена система на 800 солнечных панелей, производящих электроэнергию, необходимую для обеспечения работы циркуляционных водяных насосов системы ирригации (полива).

Велодром, рассчитанный на 6 000 зрителей (рис. 2), был спроектирован таким образом, чтобы исключалась всякая потребность в кондиционировании. Условия комфортного самочувствия обеспечиваются регулированием естественной вентиляции и естественного освещения.

Рисунок 2. Внешний вид Олимпийского велодрома

Олимпийский бассейн Сиднейский Международный Центр водных видов спорта, открытый в 1994 году, стал первым объектом, построенным в рамках подготовки к Олимпийским играм. Объект, на строительство которого затрачено 380 миллионов долларов, был сдан в эксплуатацию еще перед Играми, а во время Игр использовался для проведения соревнований по плаванию, прыжкам в воду, синхронному плаванию и водному поло. Это одно из крупнейших в мире крытых сооружений такого типа, оборудованное системой кондиционирования, которая в состоянии обеспечивать комфортные условия в разных рабочих режимах одновременно в зоне зрительного зала и зоне плавательного бассейна в точном соответствии с предписаниями Международной федерации плавания (рис. 3).

Рисунок 3. (подробнее) Функциональный принцип системы кондиционирования Олимпийского плавательного бассейна

Принцип, положенный в основу системы кондиционирования, используемой в том числе на Супер Арене, – создание персональной зоны комфорта для каждого зрителя вместо кондиционирования всего объема плавательного бассейна, что дает существенную экономию энергоресурсов. Холодный воздух подается на низкой скорости при температуре 200С непосредственно под кресла, что позволяет обеспечить температуру среды на уровне 230С. Для предотвращения эффекта схода холодного воздуха в зону плавательной ванны, где расчетная температура составляет 27–280С, по периметру бассейна предусмотрена подача теплого воздуха. Кроме того, сухой горячий воздух на высокой скорости подается вдоль стеновых перекрытий и крыши во избежание образования конденсата. Отвод воздуха производится через воздухозаборные решетки, расположенные по краям плавательного бассейна.

«Сердце» системы кондиционирования составляет холодильная станция, состоящая из двух агрегатов с центробежными компрессорами, работающими на хладагенте типа R 123, мощностью 1 600 кВт каждый. Кроме того, в системе предусмотрен узел с альтернативными компрессорами на R 22 мощностью 530 кВт. Данные узлы дают охлажденную воду для кондиционирования зоны зрительного зала, административных и служебных помещений. Сбережение водыКлючевым фактором в проектировании всех олимпийских структур стало сбережение воды. 50% потребностей в воде, используемой на олимпийских объектах, обеспечивается за счет сбора дождевых стоков, обработанных соответствующим образом. Кроме того, в целях минимизации расхода воды установлено и успешно используется современное высокоэффективное оборудование, такое как клапаны сокращения расхода, системы дождевой ирригации и пр. К примеру, на Стадионе Австралия перекрытие выполнено таким образом, чтобы позволить осуществлять рекуперацию дождевой воды, предназначенной для целей гигиены и орошения лугового участка (газонов).

Для Сиднейского Олимпийского парка была построена система двойного действия, способная обеспечивать как водоснабжение питьевой водой из основного водопровода, так и подачу очищенных дождевых и сточных вод, предназначенных для обслуживания общественных санузлов и дождевания парковой зоны. Сточные воды проходят двойную очистку, сначала на централизованной очистной станции, потом на дополнительном очистном узле непосредственно перед использованием. Хладагенты и окружающая средаОдин из вопросов, вызвавших наиболее острую полемику и протесты со стороны экологических организаций, стало широко распространенное применение оборудования охлаждения и кондиционирования воздуха с использованием хладагентов HCFC и HFC, которые, как считается, наносят вред озоновому слою и имеют завышенный показатель GWP (Global Warming Potential – англ. потенциал глобального потепления), или, иначе говоря, существенно обостряют парниковый эффект.

Следует подчеркнуть, что Австралия является страной с наиболее высоким процентом роста числа заболеваний раком кожи. По мнению некоторых экспертов, это явление обусловлено тем, что по своему местоположению континент наиболее близко находится к озоновой дыре, образующейся в Антарктиде каждой австралийской весной. Нельзя, однако, забывать, что население Австралии, имеющее в принципе белую кожу, в большей степени подвержено вредному воздействию интенсивной солнечной радиации, которая свойственна данному географическому региону.

Организация Greenpeace, уже который год пропагандирующая переход на использование естественных хладагентов типа аммиака и углеводородов, в своем последнем отчете перед Олимпийскими играми обвинила организаторов и двоих из одиннадцати топ-спонсоров Олимпиады в несоблюдении предписаний экологических директив Олимпийских игр, запрещающих применение хладагентов HCFC и HFC в системах кондиционирования и охлаждения воздуха. На самом деле, как отмечено выше, холодильная станция Олимпийского плавательного бассейна действительно работает на жидкостном хладагенте HCFC, а во всех остальных системах кондиционирования используется HFC.

Одним из спонсоров Олимпиады была компания McDonald’s. Все 7 ресторанов McDonald’s, самый большой из которых вмещал 5 000 посетителей и выдавал 25 000 гамбургеров в смену, были оборудованы системами кондиционирования и охлаждения на HFC.

В свою очередь компания Coca-Cola привезла на Олимпиаду 1 800 холодильных установок для продажи прохладительных напитков, и лишь 100 из них работали на основе технологии Greenchill (англ. – зеленый холод), в основе которой лежит применение углеводородов. Под давлением обвинений, выдвинутых организацией Greenpeace, компания Coca-Cola объявила, что не позднее 2004 года (год проведения Олимпийских игр в Афинах) полностью исключит использование HFC и изолирующей пены.

Другой спонсор – Samsung – в последний момент заменил 324 холодильника и привез вместо них углеводородные агрегаты, однако остальные 1 000 единиц все равно использовали HFC.

Рисунок 4. Олимпийский бульвар: показаны осветительные башни с солнечными фотоэлектрическими панелями

ЗаключениеПо данным заключительного отчета организации Greenpeace, общий результат Олимпийских игр с экологической точки зрения можно считать, безусловно, положительным, хотя некоторые значительные цели так и не были реализованы.

Олимпийские игры вновь заняли место в ряду наиболее значительных медиа-продуктов, притягивающих внимание миллионов зрителей, это говорит о том, что они могут быть чрезвычайно важной «витриной» современных экспериментальных технологий, имеющих целью энергосбережение и защиту окружающей среды.